高地应力隧道陡倾层状围岩大变形控制技术

高地应力隧道陡倾层状围岩大变形控制技术研究摘要：依托兰渝铁路陡倾层状岩体隧道工程实践，考虑隧道施工期围岩变形时空效应，建立三维粘弹塑性有限元数值计算模型，对围岩变形常规控制措施进行优化研究，提出高地应力隧道陡倾围岩大变形控制思路与要点，得到合理的台阶长度、锚杆布设以及初期支护闭合时机，研究结论可为类似工程实践提供借鉴与参考。

关键词：高地应力；隧道；陡倾层状围岩；大变形控制技术

abstract: according to the tunnel engineering practice of steep layered rock in lanyu railway, this paper explains the surrounding rock deformation effect ofconstruction period. establishing the three-dimensional elasto-viscoplastic finite element numerical calculation model conducts the optimization research on the the conventional control measures of the rock deformation, proposes highlands stress ideas and points of tunnel steep surrounding rock mass deformation control and get a reasonable step length, bolt layout and initial support closing timing,providing reference for the similar engineering practice.

key words: highlands stress; tunnel; steep layered rockmass; large deformation control technology

中图分类号：tu74文献标识码：a 文章编号：2095-2104（2012）

1引言

近年来，随着隧道工程向长大、深埋方向发展，建设穿越高地应力且地质环境恶劣的软弱围岩区的长大隧道工程越来越多，围岩变形控制是最大难题 [1-2]。在建兰渝铁路全线自开工建设以来，有多座隧道变形严重，引起初期支护破坏、侵限等。工程地质调查以及现场围岩变形监测数据表明，兰渝铁路变形严重的隧道，场区地应力水平较高，围岩多以板岩、千枚岩等层状、互层状岩体为主，尤以薄层状岩体变形极为剧烈。板岩分布广泛，在各类工程建设过程中经常遇到。由于具有层状结构，板岩不仅变形和强度性质具有明显的各向异性，其破坏机理及方式也明显不同于其它岩体[3-4]，由此引起的隧道围岩稳定性问题给工程建设带来了巨大的挑战。

本文结合兰渝铁路陡倾层状岩体隧道工程实践，考虑隧道施工期围岩变形时空效应，建立三维粘弹塑性有限元数值计算模型，对围岩变形常规控制措施进行优化研究，提出高地应力隧道陡倾围岩大变形控制思路与要点，得到合理的台阶长度、锚杆布设以及初期支护闭合时机，研究结论可为类似工程实践提供借鉴与参考。

2工程概况

毛羽山隧道位于甘肃省宕昌县境内，起讫里程：dk277+312～

dk285+816。隧道地处西秦岭高中山区，沿线山高沟深，岸坡陡峻，地面最小高程为1350m，最大高程2980m，相对高差为1630m。隧道全长8504米，为双线铁路隧道，最大埋深约700m。隧道设置斜井一座（长1294米的骆驼下斜井）。隧道洞身原设计为三叠系中统板

岩夹砂岩夹灰岩地层，以ⅲ级围岩为主，ⅲ级围岩长7073m，占83.19%；ⅳ级围岩长1280m，占15.05%；ⅴ级围岩长151m，占1.76%。

隧道场区应力水平属于高-极高地应力状态，最大水平主应力在12mpa～25mpa之间，与隧道轴线在主体段近似垂直，在出口段最大水平主应力与隧道轴线夹角逐渐减小，但仍呈大夹角，最小水平主应力近似与隧道轴线平行，地应力场分布状态对隧道围岩变形呈最不利影响。隧道采用三台阶弧形导坑预留核心土法开挖，设计初支钢架采用ⅰ22ｂ，1榀/0.5m，预留变形量30cm。

隧道开挖后出现严重的大变形，变形速率快，变形量大。监测资料显示最大水平收敛近120cm，收敛速率最大达14cm/d，最大拱顶下沉近55cm。大变形造成初期支护严重破坏，钢拱架扭曲折断，喷射混凝土大面积剥落掉块，底部仰拱开裂，部分已浇筑二衬段衬砌出现开裂。调整后的隧道支护参数见表1。